Pokkebootje deel twee

Brutus, met haakse verstelling bedoel ik onderstaande het oppervlak waar de krachten op komen is veel groter dan de punt belasting van huidige constructie.



Groetjes Ebro

 

Moet ik even op studeren, want is me nog niet helemaal duidelijk hoe dat dan werkt. Kom ik wel eens achter, ben nu wat sufjes van de duizeligheid...

 

Ik denk dat ik hem doorheb... Maar die puntbelasting is het probleem niet... Dat is het nog nooit geweest bij verstelbare schroeven. Zolang het lateraalpunt van het blad een beetje fatsoenlijk in de rotatie-as van het blad ligt, zijn de stelkrachten vrij klein.
Je moet de kracht die nodig is om de as te verschuiven niet verwarren met de kracht die op die aanstuurpunten komt: Ten eerste gaat er ENORM veel kracht verloren in het verschuiven van de as zelf (het vierkante juk is OOK de overbrenger van de aandrijfkracht naar de schroef, dus er is een tamelijk grote klemkracht die dat juk tegenhoudt), maar de daarna resterende kracht die de bladen verstelt, die verdeelt zich over 4 bladen. Dus stel dat je 10 kilo nodig hebt om die as te verschuiven onder belasting, dan gaat er mischien wel 5 kilo verloren in de wrijving van het juk, en de 5 kilo die overblijft, verdeelt zich over 4 en dat is dus maar 1,25 kilo per aanstuurpunt.

Het kwetsbare punt bij alle soorten verstelbare schroeven (vliegtuig, heli EN schepen) is de bladlagering. Die word op hele forse centrifugaalkrachten, en sterk wisselende buig en stuwkrachten belast
En de bladlagering is bij het ontwerp wat jij toont (absoluut niet lullig bedoeld), afschuwelijk slecht... Centrifugaalkracht wordt opgevangen door een circlip die geen enkel stabiliserend effect heeft op het blad. Dat moet allemaal van de cylindrische passing van bladvoet in propnaaf komen, maar daar is te weinig vlees om die taak fatsoenlijk uit te voeren.

Dat is de reden dat bij het Raboesch ontwerp, alsook bij ALLE verstelbare schroeven van Lips, KaMeWa en dergelijke, de bladvoet van binnenuit in de naaf gelegd wordt, en daar een "vormpassing" heeft, ofwel een getrapte diameter. De centrifugaalkracht helpt dan mee om het blad te stabiliseren, en er is meer oppervlak om de stuwkrachten op te vangen. Namelijk twee verschillende boringen (beetje vergelijkbaar met wiellagers, die zijn ook altijd met z'n tweeën, ook al zit er maar weinig afstand tussen), en daar tussenin een "ringvormig plat vlak" wat dankzij de centrifugaalkracht óók meedoet aan het stabiliseren van het blad, en op die manier de cylindirische vlakken flink ontlast.
In het ontwerp zoals jij dat toont, worden de centrifugaalkrachten opgevangen door circlips, die het blad niet kunnen stabiliseren, waardoor er hele grote krachten op de cyindrische passing van de bladvoet komen te staan. En dat is een enkele boring, er is dus geen "armlengte".

Dat weegt niet op tegen het grotere oppervlak van het aanstuurpunt wat om te beginnen al niet het probleem was.

Ik denk eerlijk gezegd (nogmaals, dit bedoel ik op geen enkele manier lullig), dat de Raboesch schroeven het, mits ordentelijk gesmeerd en niet overbelast, fors langer uit gaan houden.
Volgens Raboesch mogen de 25 mm naven, die jij en ik allebei hebben, TOT 4000 toeren belast worden. Daar komen we allebei niet aan.

(ik heb dit bericht wat aangepast om mijn gedachten wat beter onder woorden te brengen.
Ik ben op zich niet specifiek een schroevenspecialist, want in functie sleutel ik zelden of nooit aan die dingen, maar ben als scheepswerktuigkundige WEL redelijk bekend met verstelbare schroeven, hoe ze ontworpen zijn en waarom, hoe de krachten overgedragen worden en hoe ze gesmeerd worden).

 

Omdat ik het toch wel interessante materie vind, ben ik even tussen de oren wat dieper in deze materie gedoken.

Ik heb GEEN "exacte" berekeningen uitgevoerd, dat heeft weinig zin wegens gebrek aan exacte gegevens,
Het ging mij meer om "ongeveer de orde van grootte van getallen".

Mijn schroef heeft de volgende basisgegevens:
vier bladen.
Diameter 105 mm
Naafdiameter 25 mm
Hieruit volgt een bladlengte van 42,5 mm
Bladvoet diameter 15 mm
Gewicht enkel blad (geschat) 10 gram.
Toerental 2000/min
verwachtte stuwkracht: 30 N
Verwacht aandrijfvermogen 100W (per blad dus 25W

Als ik gewoon van die gegevens uit ga, kom ik op de volgende getallen uit:
Centrifugaalkracht op de bladvoet (uitsluitend ten gevolge van het blad, ik neem dus niet het gewicht van het inwendige deel van de voet mee) ligt in de orde van grootte van 15N (1,5 kilo).
De stuwkracht per blad is 7,5N en de hevelverhouding tussen bladlengte en bladvoet is ongeveer 1:2,5. Het blad wordt naar voren geduwd en probeert de bladvoet in die richting te kantelen. Dit levert aan de randen van de bladvoet aan de voorkant ("boeg-kant") een naar binnen gerichte kracht op van ongeveer 10N, en aan de achterkant een naar buiten gerichte kracht op van ook 10N.
Helemaal duiden kan ik dit niet, maar het suggereert dat zo'n beetje alle kracht op de achterkant van de bladvoet komt, en de voorkant ongeveer neutraal is.
Dus de achterkant van de bladvoet krijgt iets van 25N te verwerken.

Het aandrijvend vermogen is 25W per blad. De omtreksnelheid aan de naaf is ongeveer 2,6 m/s. Dat betekent dat de bladvoet een afschuifkracht ziet van iets minder dan 10 N.
De aandrijvende kracht is dus iets groter dan de ontwikkelde stuwkracht, het moment op de bladvoet t.g.v. aandrijfkrachten is dus ook iets groter (had ik niet verwacht overigens) maar niet schokkend veel.
De aandrijving gebeurt via het vierkante juk, wat ingesloten ligt tussen de bladvoeten. dat vierkante juk poogt de bladvoeten naar buiten de duwen. Daar heb ik geen afmetingen van, dus ik kan niet iets keihard uitrekenen, maar ik denk dat de krachten daar in de orde van grootte van 20 a 30 N liggen, en die krachten komen bovenop de krachten die de bladen op de bladvoeten uitoefenen. Dus al met al, krijgt de bladvoet een naar buiten gerichte kracht te verwerken van ongeveer 50 a 60 N, op een ringvormig oppervlak van 15 mm diameter en een breedte van mischien 1 a 1,5 mm.
Een dergelijk oppervlak heeft een grootte van ongeveer 0,2 cm2 bij 1 mm breedte, 0,3 cm2 bij 1,5 mm breedte. Een kracht van 60N op een oppervlak van 0,2 cm2 is een vlakdruk van 30 bar (om maar weer even naar begrijpelijke getallen terug te kruipen), en dat is VER onder de belastingsgrens van Messing of brons.

Wat ik niet kan berekenen (gewoon omdat ik daar de gegevens, maar ook de specifieke kennis niet voor heb) is de verstelkrachten voor de bladen. Daarvoor moet je met stromingsleer, bladprofielen en liftcoëficienten en dergelijke kunnen rekenen, en dat kan ik niet.

Wat ik wéét, is dat mijn specifieke schroef een "zwaar punt" kent onder belasting en dat zware punt zal een geschatte weerstand geven (aan het uiteinde van de verstel-hevel) van ergens tussen de 5 en 10 kilo. Over het grootste deel van de verstelboog loopt het mechanisme tamelijk licht ook onder op snelheid lopende, ingedompelde schroef.
Ik vermoed dat dat zware punt een klein ongerechtigheidje is op een van de loopvlakken: Één van mijn bladen vertoonde uit de verpakking een miniem butsje op de bladvoet, wat de schroef volledig blokkeerde. Voorzichtig wegvijlen met een sleutelvijltje (echt maar één of twéé haaltjes met de vijl) maakte de schroef weer gangbaar, maar met dus dat zware punt, wat alleen optreedt als de schroef draait. Bij stilstaande schroef draait alles soepel. Het is dus wel een precisie-mechanisme.

 

Wat ik mis bij de bladen is een steunend bed.
Het blad kantelt op de as in het boorgat, met een geringe dikte aan de naaf en een relatied dunne diameter as. Gedicteerd door de bedachte constructie. Het blad werkt as een breekijzer onder een parketvloer.

Als het blad een betere ondersteuning had gehad op de naaf, zou er verbetering kunnen zijn...
Stabiliteit van de voet is het grote probleem. Altijd twijfels gehad bij het zien van dat ontwerp.
Circlips geven altijd flexwerking, houden slechts positie op aslengte, in de lengterichting,
maar niet bij kantelkrachten loopt het spaak, dan vervormt het. Stevige frictie. Zet het de zaak klem.
Hoe meer druk op de bladen, des te groter de wrikkracht.
Centrifugaalkrachten zullen niet helpen met richten van het blad.

De hele naaf had vierkante buis moeten zijn, of rond met goed CNC gefreest verzonken.
Hoe breder de voet, de beter.
Als de blad as verlengd zou worden, geeft het al een mindering, kleiner blad, grotere naaf.

 

Dat is wat ik bedoel met "vorm passing"... De bladvoet moet een zo grootmogelijke diameter in de naaf hebben, maar hij moet niet "dragen" in de naaf op de cylindrische vorm, maar op de vlakken van, zeg maar, de "flenzen"...
De krachten MOETEN opgevangen worden door de in het schetsje dik aangezette vlakken. Deze passing moet binnen nauwe toleranties liggen.

In het echt, ligt meestal de laatste afdichting helemaal aan de buitenrand van het buitenste vlak, teneinde olie op alle lagervlakken te hebben.

 

100% exact Bert! Druk verdelen en richten op grootst mogelijk oppervlak.
Ik moet nog ergens een schets hebben liggen uit de jaren 1970... op ruitjespapier...
Toen had ik snode plannen... En Pa had een toverdraaibankje in de schuur geplant.
Een halfbakken tekening van een Smit & Co's deed goed dromen.
Maar dat werden school, racefietsen, kroegen, theater en schone dames...
En het bootje op zolder onder een laagje stof.

Gr Bas

 

ik heb nog wel IETS geleerd op het machinistenschooltje daar op die bult stuifzand midden in het water...

 

Dat is jou wel toevertrouwd dacht ik zo!
Gaat het weer wat beter?
Gr Bas

 

Gisteren ben ik met de auto naar Wolvega geweest (plm 15 km enkele reis), ging goed en veilig.
Twee uur later kreeg ik een beetje een terugval met hoofdpijn er bij. De duizeligheid is weer ongeveer waar ik gisterochtend was, maar de hoofdpijn ligt al het grootste deel van de dag als het ware te sluimeren op de achtergrond.
Gek genoeg heb ik op zich vannacht wél prima geslapen, redelijk fit wakker.

Morgen Fysio, heb er goede verwachting van en kijk er naar uit ondanks dat die specifieke Fysio niet heel erg prettig schijnt te zijn.

 

Okee, maar gelukkig vooruitgang, goed dat te lezen!
Gr Bas

 

Een ander nadeel is dat de schroef geen directe aandrijving heeft met een buiten holle as.
De krachten van aandrijven komen nu op het vierkant en daarmee wrijving door aandrijf krachten.
Waarom ze daarvoor niet hebben gekozen geen idee.
Ik zie daar nog wel een punt van verbetering.
Temeer omdat de smit ierland van broer dit wel had, en goed functioneerde lange tijd. Met constant toeren motoren.

Groetjes Ebro

 

Dat is puur en alleen een kwestie van afdichting. Een holle as vereist OF een volledig afgedichte schroef (waterdichte bladvoeten), wat op deze afmetingen min of meer ondoenlijk is, of afdichtingen binnen in de holle as, die voor een klant erg lastig te onderhouden is.
Een ander nadeel is dat, als de schroefnaaf niet waterdicht is, dan gaat het verstelmechanisme als plunjer werken en zuig je met 100% zekerheid water de naaf in of pers je de asafdichting in de holle as er uit: water smeert niet, dus slijtage/corrosie.

De as als aandrijving gebruiken verplaatst het afdichtingsprobleem en voorkomt die plunjerwerking.
Overigens, en daar had ik tot nog toe niet bij stil gestaan, in ieder geval in mijn schroef is het heen en weer knijpen van dat vet een deel van de verstelweerstand. Hoe groot dat aandeel is weet ik niet.

Dat kon dus nog wel eens tegenvallen.

Hoe lang is lang? Ik denk in draai-uren, niet in kalenderdagen want ik heb geen flauw idee hoeveel iemand per jaar vaart. Ik weet ook niet hoeveel ik vaar, dus laat ik het mijn zender bijhouden.
MIjn stoombootje heeft ondertussen 70 draaiuren op de klok staan (schroefas dus ook), pokkebootje twee heeft 28 uur op de klok, wat betekent dat de Marx schroefas en verstelbare schroef er nu 20 hebben (de overige 8 uur zijn gemaakt in de vorige romp, en die as is niet mee over genomen.
(de uren zijn "machine-uren", d.w.z. de klok loopt middels logische functies/telemetrie uitsluitend als de machine ook draait).

 

Het blijft leuk...

 

Tjonge!
Daar zit power zat in!

 

Is toch echt maar iets in de orde van grootte van 15 Watt....

Ik zal eens kijken of ik een poging kan doen om het enigszins nauwkeurig te meten....

 

Ik kom, met een onzekerheid van ongeveer 1/6e, uit op tussen de 7,5 en 9W

Dat heb ik als volgt gemeten:
Eerst met de boot in het water gekeken waar de gashevel ongeveer staat, als ik vol vooruit geef.
Daarna met de boot op het droge, bij draaiende motor een dun nylon lijn om het vliegwiel, en middels aantrekken van die lijn het vliegwiel afgeremd tot ik de gasservo in dezelfde stand zie staan.
Met dynamometers de kracht in beide uiteinden gemeten, en het verschil tissen die twee krachten, is de remmende kracht aan de omtrek van het vliegwiel.

Deze kracht blijkt "tussen de 1,25 en 1,5 N" te zijn. Nauwkeuriger lukt niet.
Omtrek vliegwiel is 78 mm, wat betekent dat de omtreksnelheid 0,078 x Pi x 25=6,13 m/s is.
Vermogen is kracht maal snelheid, en dan kom je dus op 7,7 tot 9,2 W, en dat is het vermogen wat de boot ongeveer nodig heeft om volle kracht te varen.
Ik heb ooit, héééél lang geleden, eens gemeten dat de motor bij ongeveer 17 Watt door zijn hoeven ging. Er is dus aardig wat vermogen op reserve.

Hmmmm...verbruik is 15 ml/u ofwel 11,25 gram per uur ofwel 0,003125 gram per seconde, en bij een stookwaarde van 44 kJ/gram wordt er dus 137,5 W aan chemische energie aangevoerd...
Dan praten we over een totaalrendement van ergens in de buurt van de 7% heel ruwweg... Da's maar ongeveer 4 keer zo slecht als een 30 jaar oude automotor...

 

Ik geloof je op je woord.
Volgen doe ik je niet.

Ik zag gewoon een, voor zo'n klein bootje, indrukwekkende propwash en een vooruitschietend bootje op het moment dat je gas gaf.

 

De motor is voorzien van en regelaar die precies zoveel gas geeft als nodig is om het toerental constant te houden ongeacht de belasting.
Ik heb gekeken hoeveel gas de regelaar moet geven voor volle kracht.
Daarna heb ik gekeken welke weerstand ik de motor moet geven om precies die hoeveelheid gas "uit te lokken".
Daarmee is die weerstand identiek aan de weerstand die de schroef veroorzaakt.
Die weerstand (aan de omtrek van het vliegwiel) kan ik relatief simpel meten, en ik weet een snelheid (omtreksnelheid van het vliegwiel, want het toerental is constant).
Heel simpele natuurkunde (volgens mij MAVO-3) zegt dat kracht maal snelheid gelijk staat aan vermogen.

Die plons water van onder de kont is inderdaad "best indrukwekkend", en het is opvallend hoe "plotseling" die propwash opkomt als je vooruit geeft.
Als je een beetje oplet (vooral op spiegelvlak water goed te zien), zie je de hele boot ook squatten als je die klap vooruit geeft: De schroef zuigt water onder de kont weg wat de kont wat in het water trekt, en doordat de boot inderdaad vrij hard versnelt, zakt de kop ook wat in het water.

 

Nou... De laatste keer dat ik met Pokkebootje ging varen, had ik al wat bedenkingen want de brandstof was niet echt helemaal helder, en na een half uur sloeg de motor af (doet ie anders nóóit, hoor.. echt...) en tien minuten later opnieuw, waarna hij helemaal niet meer wilde starten.

Dus vandaag maar even de carburateur en tank losgehaald, en alles in de UltraSoon reiniger gedaan.
Nou... blijkbaar was de boel al een tijdje aan het vervuilen want de naaldstanden waarmee ik al sinds de maiden van dit bootje voer, waren nu zo rijk dat het ding ook nu niet startte, maar dan omdat de brandstof uit de uitlaat wolkte...

Dat was overigens snel gefixt, en het machientje loopt weer, mooier dan hij ooit gedaan heeft (of tenminste, zo voelt het...),

Dus... aangezien dit systeem geen filters of andere voorzieningen heeft, denk ik dat ik hier maar iets in de geest van om de paar maanden preventief schoonmaken als regime aan moet houden.